Co to jest węglik boru - Rozumiemy węglik boru
Struktura krystaliczna węglika boru
Komórka krystaliczna B ₄ C. Zielona kula i dwudziestościan składają się z atomów boru, podczas gdy czarna kula składa się z atomów węgla.
Fragmenty struktury krystalicznej węglika boru
Fragmenty struktury krystalicznej węglika boru.
Węglik boru ma złożoną strukturę krystaliczną, która jest charakterystyczna dla borków skupionych w pięciościanie. B12 oktaedr tworzy rombową jednostkę sieciową wokół łańcucha CBC w środku komórki elementarnej (grupa przestrzenna: R3m, stała sieci: a=0,56 nm i c=1,212 nm), a wszystkie atomy węgla łączą sąsiadujące trzy ośmiościany. B12 ośmiościan i węgiel mostkujący tworzą płaszczyznę sieci równoległą do płaszczyzny c, która jest ułożona wzdłuż osi c, tworząc strukturę warstwową. Dwie podstawowe jednostki strukturalne sieci to B12ośmiościan i B6 oktaedr. Ze względu na mały rozmiar B6 ośmiościan, nie da się go połączyć. Wręcz przeciwnie, wiążą się z sąsiednim B12ośmiościany, które osłabiają wiązanie płaszczyzny c.
Wzór chemiczny „idealnego” węglika boru jest czasami zapisywany jako B12C3, a niedobór węgla w węgliku boru definiuje się przez połączenie B12C3oraz b12Jednostki C, ze względu na B12 jednostka strukturalna. Niektóre badania wykazały, że w oktaedrze boru można osadzić jeden lub więcej atomów węgla, co daje wzory takie jak B11CCBC=B4C na stechiometrycznym ciężkim końcu węgla, ale wzory takie jak B12(CBB)=B14 C na końcu bogatym w bor. Dlatego „węglik boru” to raczej szereg związków o różnym składzie niż pojedynczy związek. B2 (CBC)=B6,5 C jest powszechnym związkiem pośrednim, który jest zbliżony do powszechnie spotykanego stosunku pierwiastkowego. Według obliczeń mechaniki kwantowej symetria kryształu złożonego z B4C i niemetaliczne właściwości elektryczne B13C2są zdeterminowane nieuporządkowaną konfiguracją atomów boru i węgla w różnych pozycjach kryształu.
Właściwości fizyczne węglika boru
Gęstość węglika boru jest bliska 2,52 g/cm3.
Temperatura topnienia węglika boru wynosi 2445 ° C.
Zakres twardości węglika boru wynosi 2900-3580Kg/mm2 (Knoop 100g).
Odporność na pękanie węglika boru wynosi 2,9-3,7 MPam-1/2.
Moduł Younga węglika boru wynosi 450-470 GPa
Przewodność węglika boru w temperaturze 25 ° C wynosi 140 S.
Przewodność cieplna w temperaturze 25°C wynosi 30-42 W/mK
Wychwyt neutronów termicznych w węgliku boru wynosi 600 barów.
Właściwości chemiczne węglika boru
Węglik boru jest twardą substancją o dużej wytrzymałości (twardość w skali Mohsa od około 9,5 do 9,75), dużym przekroju poprzecznym absorpcji neutronów (tj. silnym działaniu ekranującym neutrony) oraz odporności na promieniowanie jonizujące i większość substancji chemicznych. Twardość Vickersa (38 GPa), moduł sprężystości (460 GPa) i odporność na pękanie (3,5 MPam-1/2) są podobne do diamentów (1150 GPa i 5,3 MPam-1/2).
Węglik boru został w 2015 r. uznany za trzeci pod względem twardości materiał, ustępując jedynie diamentom i boranom sześciennym, i dlatego jest chwalony jako „czarny diament”.
Węglik boru jest półprzewodnikiem, którego właściwości elektroniczne są zdominowane przez transport skaczący. Pasmo wzbronione zależy zarówno od składu, jak i stopnia uporządkowania. Pomiar pasma wzbronionego wynosi 2,09 eV, a widmo fotoluminescencji komplikuje kilka pośrednich stanów pasma wzbronionego.
Reakcja węglika boru
Utlenianie proszku węglika boru rozpoczyna się już w temperaturach tak niskich jak 250°C w obecności pary wodnej i 450°C przy braku pary wodnej. Para wodna usuwa tlenki B ₂ O ₂ szybciej niż utlenianie, w temperaturach poniżej 550 Å -600 Å C. B ₂ O ₂ hamowało utlenianie H ₂ O na powierzchni B ₄ C, ale nie hamowało utleniania w powietrzu. Istnieje liniowa zależność pomiędzy szybkością a ciśnieniem cząstkowym wody. Energia aktywacji reakcji z wodą B ₄ C wynosi 11 kcal/mol, natomiast energia aktywacji reakcji z powietrzem B ₄ C wynosi 45 kcal/mol. Szybkość utleniania suchego powietrza jest wolniejsza niż pary wodnej przed osiągnięciem 700 (dla ciśnienia wody 235 mm).
Historia węglika boru
Węglik boru został odkryty jako produkt uboczny reakcji borku metalu w XIX wieku, ale jego skład chemiczny nie jest znany. Dopiero w latach trzydziestych XX wieku ustalono, że jego skład chemiczny to B4C. Dokładny stosunek stechiometryczny tego materiału 4:1 jest nadal kontrowersyjny, ponieważ w naturze w tym wzorze nadal nieznacznie brakuje węgla, a krystalografia rentgenowska ujawnia jego bardzo złożoną strukturę, z mieszaniną łańcuchów CBC i B12ośmiościany.
Te cechy nie odpowiadają dokładnemu B4 Wzór empiryczny C. Wzór chemiczny „idealnego” węglika boru jest czasami zapisywany jako B12C3, a niedobór węgla w węgliku boru definiuje się przez połączenie B12C3oraz b12Jednostki CBC, ze względu na B12jednostka strukturalna.